【摘要】：堿性陰離子交換膜燃料電池(AAEMFC)在堿性條件下電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)快,可以應(yīng)用鈷Co、Ni、Fe等非貴金屬代替Pt作為催化劑,降低了電池的制造成本。AAEMFC的關(guān)鍵組件堿性陰離子交換膜(AAEM)主要存在著堿穩(wěn)定性差、機(jī)械強(qiáng)度不足、離子電導(dǎo)率低等問(wèn)題,不能滿足AAEMFC的要求。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文設(shè)計(jì)合成了不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜,通過(guò)主鏈結(jié)構(gòu)的電子效應(yīng)與空間效應(yīng)對(duì)離子基影響的研究,確定有利于咪唑離子基穩(wěn)定的鏈結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過(guò)接枝的方法弱化主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)離子基不利的影響,從而改善膜的穩(wěn)定性。根據(jù)以上思路,本論文的工作包括以下主要內(nèi)容：(1)聚芳醚砜的合成、堿性膜制備及性能。為研究主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)離子基的影響,采用不同結(jié)構(gòu)的雙酚單體分別與4,4’-二氟二苯砜合成三種具有不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜。并通過(guò)氯甲基化、離子化、鑄膜和堿化等步驟,成功制備了一系列咪唑摀鹽型聚芳醚砜AAEM,包括咪唑離子化的雙酚A聚砜(ImPSf-A-OH)膜、聯(lián)苯聚砜(ImPSf-B-OH)膜、雙酚AF聚砜(ImPSf-C-OH)膜。得到的堿性膜在極性非質(zhì)子溶劑中具有較好的溶解性。膜的離子電導(dǎo)率隨著溫度的增加而增大,80℃下,ImPSf-A-OH、ImPSf-B-OH與ImPSf-C-OH膜的電導(dǎo)率分別為53.98 mS/cm、47.19 mS/cm以及42.46 mS/cm。室溫下,3M的NaOH溶液中浸泡168 h后,離子電導(dǎo)率分別下降了17.6%、11.3%、7.14%。結(jié)合不同膜的熱降解溫度,證實(shí)了主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)離子穩(wěn)定性產(chǎn)生影響推測(cè)。(2)接枝型雙酚A聚砜堿性膜的制備及性能。為弱化主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)咪唑離子基的不利影響,利用氯甲基化的雙酚A聚砜與3-氯-2-甲基-1-丙烯在無(wú)水無(wú)氧條件下,通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)反應(yīng)在主鏈與離子基之間接入長(zhǎng)鏈段的聚氯甲基丙烯,成功的制備了一種咪唑摀鹽型聚氯甲基丙烯接枝的雙酚A聚砜膜(PSf-A-g-PMAC-OH).膜的IEC為1.75mmol/g,80℃下的溶脹度為40%,離子電導(dǎo)率高達(dá)64 mS/cm。根據(jù)TGA結(jié)果表明PSf-A-g-PMAC-OH膜具有良好的熱穩(wěn)定性,室溫下3M的NaOH溶液中浸泡168 h后,電導(dǎo)率下降了15.4%。表明經(jīng)ATRP接枝后,PSf-A-g-PMAC的抗溶脹能力提高,其離子電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性能、堿穩(wěn)定性能均有所提高。本論文研究主鏈結(jié)構(gòu)電子效應(yīng)和空間效應(yīng)對(duì)離子基的影響,改善堿性膜的性能。為高性能堿性膜的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供新的思路、理論和途徑,對(duì)于AAEMFC的發(fā)展具有理論與實(shí)踐意義。
【圖文】：

２Ｈ２＋Ｏ２－２Ｈ２Ｏ邐（１．３）逡逑由圖１．２可以看出，通過(guò)堿性電解質(zhì)膜的主要是０Ｈ＿，０Ｈ＿從陰極傳過(guò)堿性電解質(zhì)膜逡逑至陽(yáng)極，電子通過(guò)外電路定向移動(dòng)、做功，并構(gòu)成電回路。通常，陽(yáng)極和陰極上都含有逡逑一定量的催化劑（如，Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ等）來(lái)加速電極反應(yīng)⑴。逡逑ＡＡＥＭＦＣ在堿性環(huán)境下運(yùn)作，，與比質(zhì)子交換膜燃料電池的酸性工作條件相比，這逡逑消除了電池內(nèi)部的腐燭問(wèn)題，而且堿性條件下具有更快的氧還原動(dòng)力學(xué)，這種較快的反逡逑應(yīng)動(dòng)力學(xué)根本上擺脫了對(duì)Ｐｔ系催化劑的依賴(lài)，可以用一些Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ等非貴金屬催化逡逑劑代替，降低電池的制造成本［Ｉ６．。逡逑－４－逡逑

大連理工大學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文．３．２堿性陰離子膜的離子傳導(dǎo)機(jī)制逡逑堿性陰離子交換膜（Ａｌｋａｌｉｎｅ邋Ａｎｉｏｎ邋Ｅｘｃｈａｎｇｅ邋Ｍｅｍｂｒａｎｅ，ＡＡＥＭ）中ＯＨ—的主傳導(dǎo)機(jī)理見(jiàn)圖１．３。從上圖中可以看出，０Ｈ？的傳導(dǎo)機(jī)制主要包括：Ｇｒｏｔｔｈｕｓｓ傳導(dǎo)、遷移、跳躍或者對(duì)流傳遞ＡＡＥＭ中大多數(shù)的０Ｈ？都是以Ｇｒｏｔｔｈｕｓｓ機(jī)制進(jìn)行［２２］；當(dāng)膜內(nèi)存在濃度差或者電位差時(shí)ｏｔｒ則會(huì)以擴(kuò)散的形式進(jìn)行傳遞；對(duì)流傳遞ＯＦＴ以結(jié)合水的形式穿過(guò)ＡＡＥＭ來(lái)進(jìn)行傳導(dǎo)，因此在膜內(nèi)形成水分子的對(duì)流流動(dòng)；ＡＥＭ為季銨功能化的膜時(shí)，則主要以表面跳躍的形式進(jìn)行０日＿的傳遞。逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ317;TM911.4

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 K.Vignarooban;J.Lin;A.Arvay;S.Kolli;I.Kruusenberg;K.Tammeveski;L.Munukutla;A.M.Kannan;;低溫燃料電池的納米電催化材料:綜述(英文)[J];催化學(xué)報(bào);2015年04期

2 何瑞;周建魁;嚴(yán)石靜;李立忠;申鳳善;李香丹;;交聯(lián)型聚芳醚砜?jī)捎H嵌段聚合物的合成與表征[J];分子科學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

3 李穎;王芳輝;朱紅;;熱解聚苯胺合成氮摻雜MnCo_2O_4-C氧還原催化劑[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年04期

4 J.R.Rodriguez;R.M.Félix;E.A.Reynoso;Y.Gochi-Ponce;Y.Verde Gómez;S.Fuentes Moyado;G.Alonso-Nú濼ez;;Synthesis of Pt and Pt-Fe nanoparticles supported on MWCNTs used as electrocatalysts in the methanol oxidation reaction[J];Journal of Energy Chemistry;2014年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 卿昕;喬錦麗;;一種新型的堿性燃料電池用碳載四磺酸基銅酞菁(CuTSPc/C)催化劑[A];中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)光大環(huán)保優(yōu)秀論文集（2014）[C];2014年

2 卿昕;喬錦麗;;一種新型的堿性燃料電池用碳載四磺酸基銅酞菁(CuTSPc/C)催化劑[A];2014中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)（第十二章）[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王文嬪;咪唑陰離子交換膜的制備及咪唑陽(yáng)離子堿穩(wěn)定性的研究[D];北京化工大學(xué);2014年

2 樊建濤;堿性燃料電池用聚磷腈基陰離子交換膜的研究[D];北京化工大學(xué);2014年

3 李慶;新型堿性陰離子交換膜的制備及表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

4 冉瑾;面向堿性燃料電池應(yīng)用的陰離子交換膜的設(shè)計(jì)與制備[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王俊俊;QDPEEK陰離子交換膜的制備及改性[D];大連理工大學(xué);2013年

2 余英鳳;多苯環(huán)結(jié)構(gòu)堿性陰離子交換膜的制備研究與性能研究[D];華南理工大學(xué);2013年

3 張t

本文編號(hào)：2539578